DE899390C

DE899390C - Closed electrical machine of higher performance with external and internal cooling air flow

Info

Publication number: DE899390C
Application number: DES13074D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Karl Schwarz
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG
Priority date: 1938-04-06
Filing date: 1938-04-06
Publication date: 1953-12-10

Description

Geschlossene elektrische Maschine höherer Leistung mit Außen- und Innenkühlluftstrom Die Entwicklung der Kühlsysteme geschlossener elektrischer Maschinen mit Außen- und Innenkühlluftstrom ist im wesentlichen zwei verschiedene Wege gegangen. Das eine Kühlsystem besteht darin, daß man die Oberfläche des die Ständerteile tragenden geschlossenen, an dem Ständerblechpaket satt anliegenden Gehäuses durch Rippen vergrößert und so den Wärmeaustausch zwischen der warmen Innenluft und der meist durch einen Außenlüfter über das Rippengehäuse hinweggeblasenen kalten Außenluft beschleunigt. Der Wärmeaustausch findet durch Wärmeleitung über die Eisenkerne zum Gehäusemantel statt. Die Abkühlung hängt demnach von der Oberflächengröße der Maschine, die künstlich durch Kühlrippen vergrößert ist, ab. Da die Oberfläche einer Maschine mit wachsendem Durchmesser mit der zweiten Potenz, die Leistung und die Wärmeentwicklung aber mit höheren Po-Lenzen anwachsen, kommt man bei Rippenkühlung verhältnismäßig rasch an die Grenze, an der die Verluste nicht mehr ohne Überschreitung der zulässigen Erwärmungsgrenzen abgeführt werden können.Enclosed electrical machine of higher power with external and Internal cooling air flow The development of the cooling systems of closed electrical machines with outside and inside cooling air flow essentially two different approaches have been taken. One cooling system consists in the fact that the surface of the supporting frame parts closed housing, which fits snugly against the stator core, is enlarged by ribs and so the heat exchange between the warm indoor air and the mostly through one The external fan accelerates the cold outside air blown over the finned housing. The heat exchange takes place through heat conduction via the iron cores to the housing jacket instead of. The cooling therefore depends on the surface area of the machine, which is artificial is enlarged by cooling fins, from. As the surface of a machine is growing with Diameter with the power of two, the power and the heat development but with If you grow higher buttocks, you can get there relatively quickly when the ribs are cooled the limit at which the losses cease without exceeding the permissible heating limits can be discharged.

Ein völlig anderes Kühlsystem geschlossener elektrischer Maschinen mit Außen- und Innenkühlluftstrom kommt bei einer aus Kühlkanälen bestehenden Kühlvorrichtung zur Anwendung, deren nach dem Motorinneren abgeschlossene Kanäle innen von dem Außenkühlluftstrom durchströmt und außen in der Längsrichtung von im Kreis geführten Innenkühlluftstrom bespült werden. Die Wärme wird hier indirekt über Luft als Zwischenträger abgeführt. Dieses Kühlsystem wurde bisher nur bei elektrischen Maschinen kleiner Leistung angewendet, kann aber gerade bei diesen Maschinen nur als Fehlkonstruktion bezeichnet werden, da es dort gegenüber der Ausführung mit Kühlrippen keine Gewichts- und Materialersparnis bringt, sondern im Gegenteil einen erhöhten Aufwand an Gewicht und Material erfordert. Das kommt zum Teil daher, daß man bei kleinen Maschinen verhältnismäßig viele Kanäle vorsehen muß, um die erforderliche Kühlwirkung zu erzielen. Um die Kühlwirkung nicht zu beeinträchtigen und einen guten Wärmeaustausch zwischen den beiden axial gerichteten Kühlluftströmen herbeizuführen, erstrecken sich bei bekannten Maschinen kleiner Leistung die Kanäle über ihre ganze Länge frei über das Maschinengehäuse, ohne daß daran aktive Maschinenteile anliegen oder befestigt sind.A completely different cooling system for closed electrical machines with outside and inside cooling air flow comes with a cooling device consisting of cooling channels for the application, whose ducts closed after the engine interior from the outside cooling air flow flows through and outside in the longitudinal direction of circulating internal cooling air flow be rinsed. The heat is dissipated here indirectly via air as an intermediate carrier. This cooling system has so far only been used in low-power electrical machines, but can only be described as a faulty construction with these machines, because it there, compared to the version with cooling fins, no weight and material savings, but on the contrary an increased expenditure of weight and material required. This is partly due to the fact that with small machines must provide a relatively large number of channels in order to achieve the required cooling effect. In order not to impair the cooling effect and a good heat exchange between to bring about the two axially directed cooling air flows extend at known machines of low power, the channels freely over their entire length the machine housing without active machine parts resting on it or attached are.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß bei Maschinen höherer Leistung die indirekte Abführung der Wärme über Luft als Zwischenträger vorteilhafter ist als die Rippenkühlung und auch dann noch ein hervorragender Wärmeaustausch durch Kühlrohre zu erreichen ist, wenn andere Maschinenteile mit den Kühlrohren nur stellenweise in Berührung sind. Erfindungsgemäß sind die Ständerteile an einem als Wärmeaustauscher dienenden Kühlrohrkäfig unter Freilassung des überwiegenden Teiles des Umfanges der einzelnen Kühlrohre befestigt. Da damit die Kühlrohre im wesentlichen selbst die Tragkonstruktion bilden, kann ein besonderes tragendes massives Ständergehäuse fortfallen. Dadurch ergibt sich eine beträchtliche Material- und Gewichtsersparnis. Überraschend ist außerdem die erhebliche Geräuschdämpfung, die mit der Erfindung gegenüber Maschinen, bei denen Kühlkanäle auf -ihrer ganzen Länge frei liegen, erzielt ist.The invention is based on the knowledge that in machines higher Performance the indirect dissipation of heat via air as an intermediate carrier is more advantageous is than the fin cooling and even then an excellent heat exchange through Cooling pipes can be reached when other machine parts are only connected to the cooling pipes in places are in touch. According to the invention, the stator parts are used as a heat exchanger serving cooling tube cage leaving most of the circumference free attached to the individual cooling tubes. Since the cooling pipes are essentially themselves The supporting structure can be a special supporting massive stand housing fall away. This results in a considerable saving in material and weight. The considerable noise attenuation achieved with the invention is also surprising compared to machines in which cooling channels are exposed over their entire length is.

Die Maschine gemäß der Erfindung darf nicht mit einer bekannten Maschine verwechselt werden, bei der wohl Rohre zum Tragen der Ständerteile mit herangezogen werden, aber durch die Rohrwände kein Wärmeaustausch zwischen einem Außen-und Innenkühlluftstrom stattfindet, sondern die Rohre nur von einem Kühlmittel durchströmt werden, das innerhalb der Maschine durch zahlreiche feine Löcher duschartig herausgespritzt wird. Diese Rohre können ohne Behinderung der Kühlung an einzelnen Stellen längs ihres ganzen Umfanges von anderen Bauteilen umgeben sein. Die Maschine gemäß der Erfindung unterscheidet sich auch wesentlich von einer anderen bekannten geschlossenen Maschine mit einem Innen- und einem Außenkühlluftstrom, bei der wohl ein Wärmeaustauscher als Tragelement für die aktiven Maschinenteile dient, bei der aber der Wärmeaustauscher von dem wellblechartig geformten Ständergehäuse gebildet wird.The machine according to the invention must not be combined with a known machine be confused, in which tubes are probably used to carry the stand parts but no heat exchange between an external and internal cooling air flow through the pipe walls takes place, but the pipes are only flowed through by a coolant, the sprayed out like a shower through numerous fine holes inside the machine will. These pipes can run lengthways at individual points without hindering the cooling be surrounded by other components in their entirety. The machine according to the Invention also differs significantly from any other known closed Machine with an internal and an external cooling air flow, which probably has a heat exchanger serves as a support element for the active machine parts, but in which the heat exchanger is formed by the corrugated sheet-like shaped stator housing.

Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail with reference to the drawing.

Fig. i und 2 zeigen im Längs- und Querschnitt eine Ausführungsform der Erfindung.Figs. I and 2 show an embodiment in longitudinal and cross-section the invention.

Das Ständerblech i wird von den Tragrippen 2 getragen, die mit je einem Paar von Kühlrohren 3 verschweißt sind. Die geradlinigen Kühlrohre sind außerdem noch durch Versteifungsringe 4 und durch die Stirnringe 5 des Gehäuses fest miteinander verbunden. Außen um die Kühlrohre ist ein Mantel 6 aus verhältnismäßig dünnem Blech gelegt, der praktisch mechanisch vollkommen entlastet ist und nur zum Luftabschluß des Gehäuses nach außen dient. Innerhalb des Kühlrohrkäfigs kann zwecks Luftführung noch ein gegebenenfalls mehrteiliger Zwischenmantel 7 angebracht sein. 8 ist ein Leitblech für den durch die Pfeile 9 angedeuteten Innenkühlluftstrom, der durch den Lüfter io angetrieben wird. Das Leitblech 8 kann gleichzeitig einen Versteifungsring bilden. i i sind gegebenenfalls aus besonderen Stücken bestehende Fortsätze der Tragrippen 2. Die Tragrippen 2 und i i sind mit den einzelnen Versteifungsringen 4 und 8 bzw. mit dem einen oder beiden Stirnringen 5 verschweißt. In der Nähe des Lüfters io und an der Umkehrstelle 12 des Innenkühlluftstromes verlaufen die Kühlrohre quer zur Luftströmung. Sie sind an diesen Stellen von Windschatten bildenden Konstruktionsteilen frei. An den Stirnringen:5 sind beiderseits die Lagerschilde 13 befestigt. 14 ist der in einem besonderen Gehäusebau 15 angebrachte Außenlüfter, der den durch Pfeile 16 angedeuteten Außenkühlluftstrom durch die Rohrei treibt. Unter Umständen kann der Außenlüfter 14 auf der gleichen Maschinenseite wie der Innenlüfter io angebracht sein, so daß dann die Kühlluft innerhalb und außerhalb der Rohre 3 in der gleichen Richtung strömt. Dies ist besonders vorteilhaft, weil dann die größte Temperaturdifferenz zwischen Innen-und Außenkühlluftstrom in der Nähe des Innenlüfters auftritt und dieser Lüfter den Innenkühlluftstrom quer durch die Rohre bläst, was bekanntlich den Wärmeaustausch begünstigt.The stator plate i is carried by the support ribs 2, each with a pair of cooling tubes 3 are welded. The rectilinear cooling pipes are also still by stiffening rings 4 and by the end rings 5 of the housing firmly together tied together. Outside around the cooling tubes is a jacket 6 made of relatively thin sheet metal placed, which is practically mechanically completely relieved and only for the exclusion of air of the housing is used to the outside. Inside the cooling tube cage can for the purpose of air guidance an optionally multi-part intermediate jacket 7 may also be attached. 8 is a Guide plate for the inner cooling air flow indicated by the arrows 9, which passes through the fan is driven io. The guide plate 8 can also be a stiffening ring form. i i are extensions of the Support ribs 2. The support ribs 2 and i i are with the individual stiffening rings 4 and 8 or welded to one or both end rings 5. In the vicinity of the The cooling tubes run through the fan and at the reversal point 12 of the internal cooling air flow across the air flow. They are at these points of slipstream construction parts free. On the end rings: 5, the end shields 13 are attached on both sides. 14 is the external fan mounted in a special housing construction 15, which is indicated by arrows 16 indicated external cooling air flow through the tube drives. May be the external fan 14 is mounted on the same side of the machine as the internal fan io so that then the cooling air inside and outside the tubes 3 in the same Direction flows. This is particularly advantageous because it is then the largest temperature difference between indoor and outdoor cooling airflow occurs in the vicinity of the indoor fan and This fan blows the internal cooling air flow across the pipes, which is known to be favors heat exchange.

Erfindungsgemäß sind die Zubehörteile des Ständers, Füße, Ösen, Klemmenkasten, unter Entlastung des Gehäusemantels 6 an den Stirnringen und/oder an den Rohren abgestützt. So sind z. B. in Fig. z die Aufhängeösen 17 an einer den Gehäusemantel 6 durchdringenden Traverse i8 angebracht, die sowohl an den Stirnringen 5 wie an einem Paar von Kühlrohren 3 angeschweißt ist und im Ausführungsbeispiel auch gleichzeitig eine Tragrippe 2 für das Ständerblechpaket bildet.According to the invention, the accessories of the stand, feet, eyelets, terminal box, while relieving the housing jacket 6 on the end rings and / or on the pipes supported. So are z. B. in Fig. Z, the suspension eyelets 17 on one of the housing jacket 6 penetrating traverse i8 attached to both the end rings 5 and on a pair of cooling tubes 3 is welded and in the embodiment also at the same time forms a support rib 2 for the stator core.

In einer ähnlichen Weise können die Füße ausgeführt sein. Statt dessen kann man aber auch, wie die Fig. r und 2 zeigen, die Füße durch Fortsätze oder Ansätze ig der Stirnringe 5 bilden und durch den Gehäusemantel 6 durchdringende, mit den Kühlrohren 3 verbundene Teile 2o versteifen. Statt dessen können auch die Füße ausschließlich an den Kühlrohren bzw. an den Stirnringen angebracht sein.The feet can be designed in a similar manner. Instead of this but you can also, as FIGS. r and 2 show, the feet by extensions or approaches ig form the end rings 5 and penetrating through the housing jacket 6, with the Stiffen cooling tubes 3 connected parts 2o. Instead, the feet can only be used be attached to the cooling tubes or to the end rings.

Der Klemmenkasten 2i ist unter weitgehender Entlastung des Gehäusemantels 6 mit dem einen Stirnring 5 fest, beispielsweise durch Schweißen verbunden. Er sitzt auf der dem Innenlüfter gegenüberliegenden Seite, weil von hier aus die Kabel 22 bequemer zwischen den Kühlrohren 3 direkt zu den Wicklungsköpfen hindurchgeführt werden können.The terminal box 2i is largely relieved of the load on the housing jacket 6 firmly connected to one end ring 5, for example by welding. He sits on the side opposite the internal fan, because from here the cables 22 more conveniently passed between the cooling tubes 3 directly to the winding heads can be.

In Fg: i ist der Innenkühlluftstrom 9 durch Kanäle 23 des Ständerblechpakets hindurchgeführt. DieKanäle .erhalten zweckmäßig die gleicheTeilung wie die Nuten, damit sie gleichzeitig mit den Nuten gestanzt werden können. Um die gleichzeitig zur Versteifung dienenden Druckringe 24. des Blechpakets nicht unnötig zu schwächen, gibt man diesen etwas größere Öffnungen und etwas größere Teilungen als den Ständerkanälen 23. Damit trotz der verschiedenen Teilungen und Größen der Öffnungen der Luftdurchtritt nicht erschwert wird, werden an dem äußeren Blech hochkant Blechstreifen 25 angebracht, die für die Entstehung eines gewissen Zwischenraumes zwischen dem Druckring 24. und dem Ständerblechpaket sorgen. Der Innenkühlluftstrom geht von dem Innenlüfter io aus zwischen den beiden Mänteln 6, 7 hindurch, gelangt bei 12 zwischen den Rohren in den einen Stirnraum und schließt sich von dort aus durch die Ständerkanäle 23 nach dem anderen, den Lüfter io enthaltenden Stirnraum.In Fg: i is the internal cooling air flow 9 through channels 23 of the stator core passed through. The channels are expediently given the same division how the grooves so that they can be punched at the same time as the grooves. To that at the same time not unnecessarily weakening the pressure rings 24 of the laminated core used for stiffening, you give them slightly larger openings and slightly larger pitches than the stand channels 23. So that the passage of air despite the different pitches and sizes of the openings is not made more difficult, sheet metal strips 25 are attached on edge to the outer sheet metal, that for the creation of a certain gap between the pressure ring 24. and the stator core. The internal cooling air flow comes from the internal fan io from between the two jackets 6, 7 passes through at 12 between the tubes into one end space and closes from there through the stator channels 23 after the other end space containing the fan io.

Die Rohre brauchen nicht, Nvie in den Fig. i und 2 dargestellt ist, kreisförmigen Querschnitt zu haben, sondern können beliebige Querschnittsform haben. Insbesondere kann man, wie beispielsweise die Fig. 3 bis 5 zeigen, die Rohre aus Profilen zusammenschweißen. Überstehende Stege, Flansche od. dgl. der Profile können dabei gleichzeitig die Trag- oder Versteifungsrippen 2 bzw. die Traverse 18 bilden.The pipes do not need, as shown in Figs. I and 2, circular cross-section, but can have any cross-sectional shape. In particular, as shown, for example, in FIGS. 3 to 5, the tubes can be made from Welding profiles together. Projecting webs, flanges or the like of the profiles can at the same time, the support or stiffening ribs 2 or the traverse 18 form.

In Fig. 3 ist das Rohr aus zwei L-Profilen 27 zusammengeschweißt, in Fig. q. aus einem T-Profil 28 und zwei L-Profilen 2g. Der vorspringende Flansch 30 kann dabei gleichzeitig eine Tragrippe für das Ständerblechpaket bilden.In Fig. 3 the tube is welded together from two L-profiles 27, in Fig. Q. from a T-profile 28 and two L-profiles 2g. The protruding flange 30 can simultaneously form a support rib for the stator core.

In Fig. 5 besteht das Rohr aus einem T-Profil 31 und einem L-Profil 32.In Fig. 5, the tube consists of a T-profile 31 and an L-profile 32.

Die Erfindung bietet u. a. den Vorteil, daß die den Wärmeaustausch zwischen Innen- und Außenkühlluftstrom vermittelnden Kühlrohre gleichzeitig noch als konstruktive Tragteile ausgenutzt sind. Wegen Fortfall der sonst bei elektrischen Maschinen mit Kühlrohren als Tragelemente verwendeten Konstruktionsteile ergibt sich eine freiere Luftströmung, bzw. man hat hinsichtlich der Verlegung der Luftströmungspfade freie Hand. Die gleichzeitige Benutzung der Rohre als Kühl- und Tragelemente hat ferner eine Ersparnis an Material und Gewicht zur Folge. Im großen und ganzen besteht die Maschine nur aus aktiven Teilen, weil auch die sonst nur als Tragelemente dienenden Teile aktiv für den Wärmeaustausch ausgenutzt sind.The invention provides, inter alia. the advantage that the heat exchange cooling pipes mediating between the inside and outside cooling air flow at the same time are used as structural support parts. Because of the omission of the otherwise electrical Machines with cooling tubes used as support elements results in construction parts a freer air flow, or one has with regard to the laying of the air flow paths free hand. The simultaneous use of the pipes as cooling and supporting elements has also result in savings in material and weight. By and large, there is the machine only consists of active parts, because those otherwise only serve as support elements Parts are actively used for heat exchange.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Closed electrical machine of higher power with external and internal cooling air flow and with cooling ducts closed off to the inside of the motor, through which the external cooling air flow flows on the inside and is flushed outside in the longitudinal direction by the internal cooling air flow guided in the stator part, characterized in that the stator parts are attached to a cooling tube cage serving as a heat exchanger are attached leaving the majority of the circumference of the individual cooling tubes free.

2. Machine according to claim i, characterized in that the support elements serving cooling tubes (3) through intermediate pieces (2) with the active stand parts (i) are connected, either also in the direction of flow of the internal cooling air flow run, or are laid in places that are practically free of flow or through Baffles (8) or are shielded from the flow.

3. Machine according to claim i, characterized in that in the vicinity of the inner fan (io) and preferably also at the reversal point (12) of the cooling air flow, where on the opposite of the fan On the machine side, the pipes run transversely to the internal cooling air flow, the pipes free from Structural parts forming slipstream are. q ..

Machine according to claim i to 3 with end rings bearing the end shields, to which the cooling tube ends are attached are, characterized in that between the end rings (5) on the cooling tubes at least one stiffening ring (q.) is attached, which may be used for Air duct is used.

5. Machine according to claim i to q., Characterized in that, d.aß stiffening rails running parallel to the pipe on one or together on several pipes (ii) are attached, in particular welded on.

6. Machine according to claim 5, characterized characterized in that the rails (i i) the support ribs (2) for the stator core (i) form.

7. Machine according to claim 5 and 6, characterized in that the rail ends with the stiffening or end rings (8 or 5) are connected, in particular welded. B. Machine according to claim i to 7, characterized in that the cooling tubes made of profiles, for. B. L-, U-, T-rails (27, 2'8, 29, 31, 32) or the like, are welded together and that about protruding webs, flanges or legs (30,31) of the profiles reinforcing ribs or Form support ribs for the laminated core. G. Machine according to Claims i to 8, characterized in that the parts (18, 2o) connecting the tubes (3) with the feet or eyes (17) penetrate the housing jacket (6). ok Machine according to Claim g, characterized in that the feet or eyes are attached to cross members (18, 2o) which connect the end rings and which are optionally connected to the pipes (3) through the housing jacket (6). ii. Machine according to Claims i to io, characterized by an intermediate jacket (7) which runs inside the tubular cage and outside the stator core and is optionally composed of individual sectors.